(57)【要約】【課題】計測装置が揺動する状況下であっても、計測対象の３次元形状を好適に計測することができる３次元計測装置を提供する。【解決手段】撮像装置１２により撮像された画像データを含む撮像情報を取得する撮像部１１と、撮像情報に基づいて計測対象の３次元座標を取得する３次元形状演算処理部２３と、撮像装置１２の加速度および姿勢角度を含む位置姿勢情報を撮像情報の取得と同期して取得する位置姿勢計測部１４と、位置姿勢情報に基づいて計測原点に対する撮像装置１２の移動量・方向と姿勢角度の変化量・方向とを演算する位置姿勢補正処理部１７と、撮像情報と同期して取得された撮像装置１２の移動量および方向と姿勢角度の変化量および方向とに基づいて３次元形状演算処理部２３により得られる３次元座標を平行移動および回転して複数の３次元座標を統合し、計測対象の３次元形状を取得する統合演算処理部２４とを備えた。【選択図】  図１
2013007722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも計測対象面の画像を撮像する撮像装置を有し、前記撮像装置により撮像された画像データを含む撮像情報を取得する撮像部と、
前記撮像情報に基づいて、前記計測対象の３次元座標を取得する３次元形状演算処理部と、
前記撮像装置の加速度および姿勢角度を含む位置姿勢情報を前記撮像情報の取得と同期して取得する位置姿勢計測部と、
前記位置姿勢情報に基づいて、前記計測原点に対する前記撮像装置の移動量および方向と姿勢角度の変化量および方向とを演算する位置姿勢補正処理部と、
前記撮像情報と同期して取得された前記撮像装置の移動量および方向と姿勢角度の変化量および方向とに基づいて、前記３次元形状演算処理部により得られる前記３次元座標を平行移動および回転して複数の前記３次元座標を統合し、前記計測対象の３次元形状を取得する統合演算処理部とを備えたことを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】
前記位置姿勢計測部により取得される前記位置姿勢情報に基づいて、前記位置姿勢計測部固有のドリフトノイズまたは計測累積誤差を補正する補正処理部をさらに備えた請求項１記載の３次元計測装置。
【請求項３】
前記補正処理部は、前記位置姿勢計測部が静止状態において計測される前記位置姿勢情報の統計量に基づいて前記ドリフトノイズを補正する請求項２記載の３次元計測装置。
【請求項４】
前記補正処理部は、所定の時間内における複数の位置姿勢情報のヒストグラムを作成し、前記位置姿勢情報を平滑化することにより前記計測累積誤差を補正する請求項２記載の３次元計測装置。
【請求項５】
撮像装置および位置姿勢計測部が撮像情報および位置姿勢情報を取得する際の時間同期を取るためのトリガ信号を発生する同期処理部をさらに備えた請求項１または２記載の３次元計測装置。
【請求項６】
前記撮像部は、
計測対象を撮像する少なくとも１台の撮像装置と、
前記計測対象面に幾何学的な模様を投影する投影装置とを有する請求項１または２記載の３次元計測装置。
【請求項７】
少なくとも１台の撮像装置により計測対象面の画像を撮像し、撮像された画像データを含む撮像情報を取得する撮像ステップと、
前記撮像情報に基づいて、前記計測対象の３次元座標を取得する３次元形状演算ステップと、
前記撮像装置の加速度および姿勢角度を含む位置姿勢情報を前記撮像情報の取得と同期して取得する位置姿勢計測ステップと、
前記位置姿勢情報に基づいて、前記計測原点に対する前記撮像装置の移動量および方向と姿勢角度の変化量および方向とを演算する位置姿勢補正ステップと、
前記撮像情報と同期して取得された前記撮像装置の移動量および方向と姿勢角度の変化量および方向とに基づいて、前記３次元形状演算ステップで得られる前記３次元座標を平行移動および回転して複数の前記３次元座標を統合し、前記計測対象の３次元形状を取得する統合演算ステップとを備えることを特徴とする３次元計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元計測装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国内外の原子力発電プラントは高経年化が進み、炉内構造物や機器の保守・補修の機会が増加すると考えられる。炉内補修工事等は、補修対象物の形状寸法や補修対象箇所までのアクセスルートの形状寸法等の寸法情報を必要とする。これらの寸法情報は、設計図面情報に依存するだけでなく、アズビルト情報が重要である。さらに、保守・補修を行う企業とは異なる企業により設計されたプラントや、海外のプラントの設計図面情報は、十分に入手できない可能性がある。
【０００３】
従来、３次元形状計測の技術には、可視光方式、光学投影方式、レーザ方式などがある。可視光方式は、カメラ２台によるステレオ視等の方式である。光学投影方式は、カメラ１台とレーザ光等の投影光による方式である。レーザ方式は、レーザ等の波長の飛行時間計測等による方式である。
【０００４】
可視光方式は、カメラにより瞬間的に面データが取得可能である。しかし、光学投影方式やレーザ方式は、点もしくは線データを取得するため、静止した計測対象の計測中に計測装置を動かすことは困難となるという課題がある。可視光方式は、光学系の被写界深度の関係から、計測位置を極力固定することが望ましい等、計測環境の制約が発生する課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１８２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の方式を適用する３次元計測装置は、計測装置が揺動する状況、例えば構造物に固定されず吊り下げられるような状況にいては、１回の計測が瞬間的に行われない限り面的な情報が取得できないという課題がある。
【０００７】
また、点や線データを用いる計測方式の場合に面的な情報を得るためには、３次元計測装置は、仮想的に１回もしくは１箇所（計測原点）で計測したものと同等のデータを取得する必要がある。
【０００８】
さらに、３次元計測装置は、揺動する環境下で装置の位置を計測するためには、３軸方向の移動量および姿勢角度を計測する必要がある。これらの計測値には、計測誤差が発生する。累積する計測誤差を低減または補正するため、３次元計測装置は計測空間内における絶対位置の計測が必要となる。しかし、水中や屋内、特に狭隘な空間での計測では絶対位置を計測する方法がなく、絶対位置を利用する方法以外の方法を用いた計測誤差を低減・補正する機能が必要である。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、計測装置が揺動する状況下であっても、計測対象の３次元形状を好適に計測することができる３次元計測装置およびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る３次元計測装置は、上述した課題を解決するために、少なくとも計測対象面の画像を撮像する撮像装置を有し、前記撮像装置により撮像された画像データを含む撮像情報を取得する撮像部と、前記撮像情報に基づいて、前記計測対象の３次元座標を取得する３次元形状演算処理部と、前記撮像装置の加速度および姿勢角度を含む位置姿勢情報を前記撮像情報の取得と同期して取得する位置姿勢計測部と、前記位置姿勢情報に基づいて、前記計測原点に対する前記撮像装置の移動量および方向と姿勢角度の変化量および方向とを演算する位置姿勢補正処理部と、前記撮像情報と同期して取得された前記撮像装置の移動量および方向と姿勢角度の変化量および方向とに基づいて、前記３次元形状演算処理部により得られる前記３次元座標を平行移動および回転して複数の前記３次元座標を統合し、前記計測対象の３次元形状を取得する統合演算処理部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る３次元計測装置およびその方法においては、計測装置が揺動する状況下であっても、計測対象の３次元形状を好適に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る３次元計測装置の一実施形態を示すブロック構成図。
【図２】撮像装置および投影装置で得られるデータより３次元形状演算処理部が計測対象の３次元形状（３次元座標）を求める説明図。
【図３】３次元形状計測部の位置姿勢情報に対して行われる計測情報取得処理を説明するフローチャート。
【図４】計測値の計測誤差を補正する際に作成される一例としての概念的なヒストグラムであり、（Ａ）は単峰性、（Ｂ）は多峰性を有するヒストグラム。
【図５】本実施形態における３次元計測装置の変形例を示すブロック構成図。
【図６】本実施形態の変形例における３次元形状計測部で得られるデータより３次元形状演算処理部が計測対象の３次元形状（３次元座標）を求める説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る３次元計測装置およびその方法の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る３次元計測装置の一実施形態を示すブロック構成図である。
【００１５】
３次元計測装置１は、気中や水中に存在する構造物であって、例えば原子力発電プラント内の炉内機器を計測対象とする。本実施形態における３次元計測装置およびその方法は、一例として光切断法を用いて３次元計測を行う。
【００１６】
３次元形状計測部１１は、撮像装置１２と投影装置１３と位置姿勢計測部１４とを有する。３次元形状計測部１１は、気中や水中に吊り下げられた状態で支持される。このため、３次元形状計測部１１は、揺動する環境下で計測対象の撮像等を行う。
【００１７】
撮像装置１２は、計測対象の表面を撮像可能な位置に設置され、表面の形状を撮像する。投影装置１３は、計測対象の表面にレーザ光などの光を投影可能な位置に設置され、表面に投影模様を投影する。位置姿勢計測部１４は、撮像装置１２および投影装置１３の３軸方向の加速度および姿勢角度（位置姿勢情報）と、位置姿勢情報の取得時間とを計測するセンサである。
【００１８】
３次元形状計測部１１の撮像装置１２の投影中心、投影装置１３の投影中心、および位置姿勢計測部１４の位置関係は、既知であるものとする。撮像装置１２および投影装置１３の投影中心は、キャリブレーションにより投影中心を求めるための補間式を事前に求め、演算により決定される。この補間式は、座標が既知であるテストターゲットを撮像した画像および投影画像から焦点距離との関係を求めることで決定される。
【００１９】
計測時間同期処理部１５は、撮像装置１２、投影装置１３および位置姿勢計測部１４が撮像情報や位置姿勢情報を取得する際の時間同期を取るために、トリガ信号を発生する。
【００２０】
位置姿勢計測データ入力部１６は、位置姿勢計測部１４により計測された撮像装置１２および投影装置１３の位置姿勢情報と位置姿勢情報の取得時間を入力する。
【００２１】
位置姿勢補正処理部１７は、撮像装置１２および投影装置１３の位置姿勢情報および取得時間を用いて、位置姿勢情報を補正する。位置姿勢補正処理部１７は、補正された位置姿勢情報に基づいて撮像装置１２および投影装置１３の３軸方向の移動量および方向と姿勢角度変化量および方向を求める。計測装置位置姿勢記録部１８は、位置姿勢補正処理部１７の位置姿勢情報等を記録する。
【００２２】
計測データ入力部２１は、撮像装置１２の焦点距離等の機器情報、および撮像装置１２により撮像された画像データである撮像情報を入力する。
【００２３】
対応付演算処理部２２は、撮像装置１２により撮像される画像データと投影装置１３により投影される投影模様とを画像上で対応付ける。
【００２４】
３次元形状演算処理部２３は、対応付演算処理部２２における処理結果に基づいて計測対象の３次元形状（３次元座標）を取得する。
【００２５】
図２は、撮像装置１２および投影装置１３で得られるデータより３次元形状演算処理部２３が計測対象の３次元形状（３次元座標）を求める説明図である。
【００２６】
計測対象空間の座標系において、計測対象（計測点）は、撮像装置１２の投影中心座標３０ａ（Ｘ０ａ，Ｙ０ａ，Ｚ０ａ）で撮像される。また、計測対象は、投影装置１３の投影中心座標３０ｂ（Ｘ０ｂ，Ｙ０ｂ，Ｚ０ｂ）で投影される。
【００２７】
計測対象空間上の計測点３２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、それぞれの撮像面３５ａおよび投影面３５ｂ上において、対応する画素座標３６ａ（ｘａ、ｙａ）、投影座標３６ｂ（ｘｂ、ｙａ）として写像される。
【００２８】
計測点の３次元座標は、計測点の投影中心座標３０ａと画素座標３６ａと計測点３２、および投影中心座標３０ｂと投影座標３６ｂと計測点３２とがそれぞれ一直線上にあることから導出される条件式である次式（１）により求められる。これにより、３次元計測装置１は、計測対象面の表面形状の３次元計測が可能となる。
【００２９】
式（１）において、ｆは焦点距離、ａ１１からａ３３は３軸周りの回転量を用いた回転変換である。
【数１】
2013007722.tif 000003
【００３０】
３次元形状計測統合演算処理部２４は、３次元形状演算処理部２３で取得される複数の３次元形状計測結果を統合し計測対象の３次元形状を演算する。
【００３１】
次に、本実施形態における３次元計測装置１の動作について説明する。
【００３２】
３次元計測装置１は、揺動する状況下において計測対象の３次元形状を計測する場合、３次元計測装置１が仮想的に１回もしくは１箇所（計測原点）で計測したものと同等のデータを取得する必要がある。以下、３次元計測装置１が仮想的に１回もしくは１箇所（計測原点）で計測したものと同等のデータを取得するための処理を、フローチャートを用いて説明する。
【００３３】
図３は、３次元形状計測部１１の位置姿勢情報に対して行われる計測情報取得処理を説明するフローチャートである。
【００３４】
ステップＳ１において、３次元形状計測部１１は、任意の計測対象空間に配置される。
【００３５】
ステップＳ１ａにおいて、撮像装置１２、投影装置１３および位置姿勢計測部１４は、所要の機械的な初期化を行う。ステップＳ１ｂにおいて、位置姿勢計測部１４は、計測対象となる３軸の加速度、姿勢角度（位置姿勢情報）、時間、およびこれら計測値の演算結果である３軸の移動量と姿勢角度と時間とを初期化する。
【００３６】
ステップＳ２において、位置姿勢計測部１４は、初期化時点（初期化ステップＳ１ｂ）を０として位置姿勢情報の計測を開始する。ステップＳ３において、位置姿勢計測部１４は、計測原点の位置姿勢情報を取得し、位置姿勢情報は計測装置位置姿勢記録部１８に記録される。また、位置姿勢計測部１４は、初期化時点を計測の基準時刻として記録する。
【００３７】
計測原点は、３次元形状計測部１１の撮像装置１２の投影中心、光軸原点、投影装置１３の投影中心、または位置姿勢計測部１４の計測基準となる位置のうち、いずれかが選択される。本実施形態においては、撮像装置１２の投影中心を計測原点とする。その他の位置が計測原点となる場合、計測原点との位置関係が既知であれば撮像装置の投影中心を計測原点とした場合と同様の結果が得られる。
【００３８】
ステップＳ４において、撮像装置１２は撮像情報の取得を開始する。また、位置姿勢計測部１４は、位置姿勢情報の取得を開始する。
【００３９】
ステップＳ５において、計測時間同期処理部１５は、トリガ信号を発生し、撮像装置１２、投影装置１３および位置姿勢計測部１４に供給する。トリガ信号は、位置姿勢計測部１４による位置姿勢情報の取得と、撮像装置１２による撮像情報の取得のタイミングを同期させる。
【００４０】
ステップＳ６において、３次元形状計測部１１は、撮像装置１２より画像データおよび撮像時の焦点距離や絞りなどの撮像情報を取得する。取得された撮像情報は、計測データ入力部２１に入力され、対応付演算処理部２２に転送される。
【００４１】
ステップＳ７において、計測装置位置姿勢記録部１８は、初期化時点以降、位置姿勢計測部１４より出力された位置姿勢情報を記録する。位置姿勢計測部１４は、撮像情報および位置姿勢情報の取得時刻を出力する。位置姿勢補正処理部１７は、位置姿勢計測データ入力部１６を介してその時刻を取得する。
【００４２】
ステップＳ８において、位置姿勢計測部１４（ドリフト補正部）は、得られた３軸方向の加速度および姿勢角度（位置姿勢情報）に対してドリフトノイズの補正を行う。
【００４３】
ここで、位置姿勢計測部１４には、一般的にドリフト誤差と呼ばれる、静止した状態での計測誤差が発生する場合がある。位置姿勢補正処理部１７は、初期化後、３次元形状計測部１１を一定時間静止状態とすることにより、ドリフト誤差を含む補正用の位置姿勢情報を取得する。位置姿勢補正処理部１７は、このドリフト誤差を含む位置姿勢情報に基づいて、ドリフト誤差の統計量（最小値、最大値、平均値および分散値）を求める。
【００４４】
具体的には、位置姿勢補正処理部１７は、ドリフト誤差を低減するため、各位置姿勢情報の計測値の分散値から標準偏差を求める。位置姿勢補正処理部１７は、標準偏差を超える計測値をドリフト補正の対象とする。位置姿勢補正処理部１７は、位置姿勢計測部１４の計測値が安定するまで位置姿勢情報の取得を繰り返し、最終的な標準偏差が求まるまで計測値のドリフト補正を行う。
【００４５】
位置姿勢補正処理部１７は、ドリフト誤差を含んだ計測値から求まる標準偏差をドリフト誤差閾値として設定する。位置姿勢補正処理部１７は、このドリフト誤差閾値を超える計測値に対して、標準偏差を差し引くことで補正を実施する。
【００４６】
ステップＳ９において、位置姿勢補正処理部１７は、位置姿勢計測部１４に累積する計測誤差を補正する（位置姿勢情報の計測値に影響するノイズを低減する）。
【００４７】
計測された計測値には計測誤差が含まれるため、時間経過と共に計測誤差が累積する。一般的に、３次元形状計測部１１の全体的な位置が分かる場合には、一定時間ごとに計測値をリセットすることで累積誤差の補正などが実施される。しかし、水中や気中などの計測環境においては、３次元形状計測部１１の絶対的な位置を計測する方法や手段がない。
【００４８】
そこで、位置姿勢補正処理部１７は、計測誤差を逐次補正する。位置姿勢補正処理部１７は、計測装置位置姿勢記録部１８に記録された位置姿勢情報の計測値から選択される任意に設定された時間内の計測値に基づいて、任意に設定された計測値の分解能ごとのヒストグラムを作成する。位置姿勢補正処理部１７は、各時間毎に作成されたヒストグラムに対し、順次単峰性および多峰性の有無を判断し、誤差の補正方法を決定する。
【００４９】
図４は、計測値の計測誤差を補正する際に作成される一例としての概念的なヒストグラムであり、（Ａ）は単峰性、（Ｂ）は多峰性を有するヒストグラムである。
【００５０】
単峰性の判別を行う場合、位置姿勢補正処理部１７は、ヒストグラムを平滑化し、計測値の最大値（図４（Ａ）のＭ１）およびこの最大値の両隣に存在する計測値の最小値を検出する。位置姿勢補正処理部１７は、これら最小値に挟まれる区間の計測値を合計し、計測値全体の合計値（ヒストグラム全体の面積）との面積比を演算する。
【００５１】
演算により求められる面積比が、予め設定された単峰性のヒストグラムから求まる閾値以上となる場合、ヒストグラムは単峰性を有すると判断される。
【００５２】
多峰性の判別を行う場合、位置姿勢補正処理部１７は、計測値の最大値（図４（Ｂ）のＭ２）の両隣に存在する計測値の最小値の区間を越えたヒストグラムのデータに対し、計測値の第２位の最大値（図４（Ａ）のＭ３）を検出する。単峰性の判別において用いられる面積比が上述した閾値より小さく、かつ第２の最大値が検出された場合、ヒストグラムは多峰性を有すると判断される。
【００５３】
位置姿勢補正処理部１７は単峰性を有すると判断した場合、位置姿勢計測部１４の計測値は誤差を多く含むと判定する。位置姿勢補正処理部１７は、任意に設定した時間内の計測値を処理対象外とし、処理対象外とする計測値の前後の時間の計測値を用いて、平滑化することで補正する。
【００５４】
位置姿勢補正処理部１７は多峰性を有すると判断した場合、それぞれの最大値となった計測値に対して、任意に設定された加速度の計測値区間に該当する計測値を処理対象外とする。位置姿勢補正処理部１７は、単峰性の場合と同様に、処理対象外とする計測値の前後の時間の計測値を用いて、平滑化することで補正する。
【００５５】
このとき、計測誤差を含む計測値とみなされる最大値については、計測値の中から抽出される。一方、最大値「付近」の計測誤差を含む計測値は処理の対象とされるため、計測誤差の累積は補正が十分になされたとはいえない。
【００５６】
そこで、位置姿勢補正処理部１７は、累積する計測誤差を低減させるため、以下の処理を実施する。すなわち、位置姿勢補正処理部１７は、初期化開始時点からの最大値として抽出された計測値を集約し、集約された計測値の分散値を求める。分散値を求めるためには平均値が必要とされるが、位置姿勢補正処理部１７は、単峰性または多峰性の判断後に処理の対象外となり平滑化された補正計測値を用いて平均値を求める。
【００５７】
位置姿勢補正処理部１７は、求められた計測値の分散値を用いて、補正に用いられる補正閾値ｔを次式（２）に基づいて求める。次式（２）において、ｔは計測値の補正閾値、σは上記で求めた計測値の分散値、ｎは任意に設定した計測時間内の計測値のデータ数である。
【数２】
2013007722.tif 000004
【００５８】
位置姿勢補正処理部１７は、式（２）で求められた計測値の補正閾値ｔを用い、計測値に対して閾値処理を実施する。位置姿勢補正処理部１７は、計測値が補正閾値ｔ以上の場合には、任意に設定した計測時間のデータに基づいて平滑化を行う、または中央値を求めることで補正する。
【００５９】
ステップＳ１０において、位置姿勢補正処理部１７は、補正された３軸方向の加速度の計測値を任意の時間で積分し、３次元形状計測部１１が任意の時間に移動した速度を取得する。位置姿勢補正処理部１７は、得られた速度を同様の任意の時間で積分することで、３次元形状計測部１１の移動量を取得する。
【００６０】
ステップＳ１１において、位置姿勢補正処理部１７は、移動量取得ステップＳ１０と同様に、補正された３軸周りの姿勢角度に基づいて、姿勢角度の変化量を取得する。
【００６１】
ステップＳ１２において、位置姿勢補正処理部１７は、取得された測定値（補正量）を計測装置位置姿勢記録部１８に格納する。ステップＳ１３において、計測装置位置姿勢記録部１８に格納された計測値は、過去データとして所要のタイミングで読み出される。
【００６２】
ステップＳ１４において、初回に撮像を実施した３次元形状計測部１１の撮像装置１２の投影中心を計測原点とし、補正処理が行われた各計測値を初回（前回）の計測位置に加算・減算することで２回目以降の計測位置を補正する。
【００６３】
ステップＳ１５において、取得された位置姿勢情報に対して記録ステップＳ７〜位置補正ステップＳ１４が完了すると、再度データ取得開始ステップＳ４に戻り以降の処理が順次実施される。
【００６４】
以上の計測情報取得処理において取得された３次元形状計測部１１の位置姿勢情報に基づいて、計測対象の３次元形状データが取得される。
【００６５】
撮像情報取得ステップＳ６において取得された撮像情報に基づいて、対応付演算処理部２２は画像データと投影装置１３により投影される投影模様とを画像上で対応付ける。３次元形状演算処理部２３は、対応付演算処理部２２における処理結果に基づいて計測対象の３次元形状を取得する。
【００６６】
３次元形状計測統合演算処理部２４は、３次元形状演算処理部２３より計測対象の３次元形状データを取得する。３次元形状計測統合演算処理部２４は、位置姿勢補正処理部１７より３次元形状計測部１１の位置姿勢情報を取得する。
【００６７】
３次元形状計測統合演算処理部２４は、これらの情報に基づいて、初回以降に計測された３次元形状データを、初回計測時の計測位置に平行移動および回転し、座標値を統合する。３次元形状計測統合演算処理部２４は、位置姿勢補正処理部１７により補正された計測位置と計測原点の双方の位置と姿勢角度から差分値を求めることで計測位置の平行移動量と回転量とを決定する。
【００６８】
この３次元計測装置１およびその方法によれば、３次元形状計測部１１が水中や気中において遥動する環境下に配置される場合であっても、計測環境の制約を低減し、計測作業および３次元形状取得の効率化を図ることができる。
【００６９】
すなわち、３次元計測装置１およびその方法は、３次元形状計測部１１の３軸方向の移動量と向き、および３軸回りの回転量と向きを検出する位置姿勢計測部１４を備えることにより、計測中の移動と回転を取得し、計測位置を補正することができる。また、３次元計測装置１およびその方法は、位置姿勢情報の計測値に基づいてドリフトノイズや累積計測誤差を低減・補正することができ、仮想的に１回もしくは１箇所で計測する方法と同等の３次元形状計測を可能とする。
【００７０】
また、揺動する環境下においても３次元形状データを取得することができるため、３次元形状計測部１１を固定するための構造が不要になる点においても、本実施形態における３次元計測装置１およびその方法は有効である。
【００７１】
なお、３次元形状計測部１１は、撮像装置２台と投影装置１台を備え、ステレオ視法の原理に基づいて面的な形状計測を行ってもよい。
【００７２】
図５は、本実施形態における３次元計測装置の変形例を示すブロック構成図である。
【００７３】
変形例としての３次元計測装置４１と図１の３次元計測装置１とは、３次元形状計測部の構成が異なる。３次元計測装置４１における図１の３次元計測装置１と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７４】
３次元形状計測部５１は、撮像装置１２ａ、１２ｂと投影装置１３と位置姿勢計測部１４とを有する。すなわち、３次元形状計測部５１は、撮像装置を２台有する。
【００７５】
図６は、本実施形態の変形例における３次元形状計測部５１で得られるデータより３次元形状演算処理部２３が計測対象の３次元形状（３次元座標）を求める説明図である。
【００７６】
計測対象空間の座標系において、計測対象（計測点）は、撮像装置１２ａ、１２ｂの投影中心座標３０ａ（Ｘ０ａ，Ｙ０ａ，Ｚ０ａ）および３０ｃ（Ｘ０ｃ，Ｙ０ｃ，Ｚ０ｃ）で撮像される。また、計測対象は、投影装置１３の投影中心座標３０ｂ（Ｘ０ｂ，Ｙ０ｂ，Ｚ０ｂ）で投影される。
【００７７】
計測対象空間上の計測点３２（Ｘ，Ｙ，Ｚ）はそれぞれの撮像面３５ａ、３５ｃおよび投影面３５ｂ上において、対応する画素座標３６ａ、３６ｃ、投影座標３６ｂ（ｘ（ａ，ｂ，ｃ）、ｙ（ａ，ｂ，ｃ））として写像される。
【００７８】
計測点の３次元座標は、計測点の投影中心座標３０ａ、３０ｃと画素座標３６ａ、３６ｃと計測点３２、および投影中心座標３０ｂと投影座標３６ｂと計測点３２とがそれぞれ一直線上にあることから導出される条件式で上述した式（１）により求められる。これにより、３次元計測装置４１は、計測対象面の表面形状の３次元計測が可能となる。
【００７９】
計測時間同期処理部１５は、撮像装置１２ａ、１２ｂ、投影装置１３および位置姿勢計測部１４が撮像情報や位置姿勢情報を取得する際の時間同期を取るために、トリガ信号を発生する。
【００８０】
なお、投影装置がない場合においても撮像装置が２台あることによりステレオ視法の原理は成り立つため、３次元計測が可能である。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８２】
１、４１  ３次元計測装置
１１、５１  ３次元形状計測部
１２、１２ａ、１２ｂ  撮像装置
１３  投影装置
１４  位置姿勢計測部
１５  計測時間同期処理部
１６  位置姿勢計測データ入力部
１７  位置姿勢補正処理部
１８  計測装置位置姿勢記録部
２１  計測データ入力部
２２  対応付演算処理部
２３  ３次元形状演算処理部
２４  ３次元形状計測統合演算処理部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  投影中心座標
３２  計測点
３５ａ、３５ｃ  撮像面
３５ｂ  投影面
３６ａ、３６ｃ  画素座標
３６ｂ  投影座標
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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